[逆解] FreeRTOS 4 - 任务调度

第一个任务

FreeRTOS的vTaskStartScheduler()函数开启了第一个任务。

除去一些初始化代码外，vTaskStartScheduler通过xPortStartScheduler调用到vPortStartFirstTask

在ARM中，vPortStartFirstTask通常是一个汇编函数，主要目的是触发svc中断

    .align 4
vPortStartFirstTask: .asmfunc
    ; ...
    
    ;/* Call SVC to start the first task. */
    cpsie i
    cpsie f
    dsb
    isb
    ; 注意，这里call svc，而不是PendCV
    svc #0
    .endasmfunc

SVCHandler是一个简化版的PendCVHandler，它不需要保存上一个任务的上下文，直接取出任务堆栈地址，跳转。

    .align 4
vPortSVCHandler: .asmfunc
    ;/* Get the location of the current TCB. */
    ; 取出栈地址，保存到r0
    ldr r3, pxCurrentTCBConst
    ldr r1, [r3]
    ldr r0, [r1]
    ;/* Pop the core registers. */
    ; 移除当前堆栈里面的内容
    ldmia r0!, {r4-r11}
    ; 将当前任务栈地址赋值给psp
    msr psp, r0
    isb
    ; 开中断
    mov r0, #0
    msr basepri, r0
    orr r14, #0xd
    ; 跳出中断
    bx r14
    .endasmfunc

而在任务初始化的时候，FreeRTOS会以任务函数入口为基点，创建第一个挂起点信息块。以ARM CM3的代码为例，会在pxPortInitialiseStack中看到：

*pxTopOfStack = ( ( StackType_t ) pxCode ) & portSTART_ADDRESS_MASK; /* PC */

即将当前任务函数指针，作为pc压到栈中去。因此SVCHandler结束后，会返回到第一个任务的函数指针处。main函数此时已无法再继续了。

任务调度

上文中说到，vTaskSwitchContext中实现了任务调度，这个函数的主体是taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK宏。这个宏选择当前优先级最高的可激活（ready）任务，保存进pxCurrentTCB中去。参考以下代码：

    #define taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK()                                \
    {                                                                         \
        UBaseType_t uxTopPriority = uxTopReadyPriority;                       \
                                                                              \
        /* Find the highest priority queue that contains ready tasks. */      \
        while( listLIST_IS_EMPTY( &( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) ) ) \
        {                                                                     \
            configASSERT( uxTopPriority );                                    \
            --uxTopPriority;                                                  \
        }                                                                     \
                                                                              \
        /* listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY indexes through the list, so the tasks of \
         * the  same priority get an equal share of the processor time. */                    \
        listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxCurrentTCB, &( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) ); \
        uxTopReadyPriority = uxTopPriority;                                                   \
    } /* taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK */

可见FreeRTOS的任务调度顺序不是在切换任务的时候管理的。让我们再来研究任务的激活过程。在vTaskResume的代码中可以看到：

 void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume )
 {
   // ...
         /* The ready list can be accessed even if the scheduler is
                     * suspended because this is inside a critical section. */
         // 从旧list里面移除，加入到ReadyList中。
         ( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) );
         prvAddTaskToReadyList( pxTCB );
   // ...
 }

prvAddTaskToReadyList是一个宏，将任务插入到当前优先级激活任务列表的末尾。

#define prvAddTaskToReadyList( pxTCB )                                                                 \
    traceMOVED_TASK_TO_READY_STATE( pxTCB );                                                           \
    taskRECORD_READY_PRIORITY( ( pxTCB )->uxPriority );                                                \
    listINSERT_END( &( pxReadyTasksLists[ ( pxTCB )->uxPriority ] ), &( ( pxTCB )->xStateListItem ) ); \
    tracePOST_MOVED_TASK_TO_READY_STATE( pxTCB )

因此可以总结，FreeRTOS是根据优先级进行排序，先运行高优先级的激活任务。同一个优先级中，根据激活的时间顺序，先激活的任务先运行。